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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.第一章 原子核核物理基基础考试要求求：l 熟悉原子子结构的的知识（原原子、原原子核、同同位素）l 熟悉放射射性的概概念、原原子核衰衰变及其其规律（核核素图、半半衰期、放放射性活活度的单单位计算算和测量量）l 熟悉射线线（射线、射线、射线、XX射线、中中子等）及及其与物物质的相相互作用用。l 掌握核反反应的类类型l 了解核裂裂变及裂裂变反应应的知识识思考题1. 原子的核核式模型型的假设设是卢瑟瑟福根据据什么实实验而提提出的？其假设设的结论论是什么么？2. 原子
2、核是是由哪两两种粒子子组成的的？核素素用（AA,Z）XX（N）来来表示，符符号中的的A、ZZ、N各各代表什什么量？3. 原子与原原子核的的尺度大大小为什什么量级级？原子子核的半半径R与与原子核核的质量量数A有有什么关关系？4. 什么是原原子核的的结合能能B(ZZ,A)？它是是如何定定义的？5. 什么是原原子核的的比结合合能？为为什么说说图1-4中的的比结合合能曲线线揭示了了原子核核裂变和和聚变能能的基本本原理？6. 放射性衰衰变服从从指数规规律，试试说明式式中衰变变常数的的物理意意义。还还常用哪哪些参数数来描述述衰变过过程的快快慢，它它们的关关系是什什么？7. 什么是放放射源的的放射性性活度，
3、常常用什么么单位来来度量？Bq和和Ci有有什么关关系？8. 根据表11-1列列出常见见的辐射射，分析析哪些是是带电粒粒子？哪哪些是不不带电粒粒子？9. X射线（或或射线）的的等电磁磁辐射与与物质相相互作用用与带电电粒子与与物质作作用的作作用机制制有何不不同？射线与与物质相相互作用用过程有有哪几种种？10. 窄束射射线（或或X射线线）的吸吸收服从从什么规规律？线线性吸收收系数的物理理含义是是什么？其量纲纲是什么么？11. 在探测辐辐射中广广泛使用用的有哪哪几类探探测器？12. 什么是核核反应的的反应道道？一种种入射粒粒子与某某一种核核的反应应道仅仅仅只有一一个吗？13. 如何区分分放能核核反应和
4、和吸能核核反应？对吸能能核反应应如何求求核反应应阈能？14. 发生自发发裂变的的条件是是什么？裂变能能的定义义是什么么？15. 由中子引引起的诱诱发裂变变中如何何区分易易裂变核核素和非非易裂变变核素？16. 指出链式式裂变过过程中瞬瞬发裂变变中子和和缓发裂裂变中子子对反应应堆控制制的作用用？本章小节节l 本章重点点为论述述原子核核物理中中的基本本内容，本本章分为为了个小小节论述述：l 第一节介介绍了原原子与原原子核的的结构，对对原子的的核外电电子的壳壳层模型型作了简简单描述述，解释释了电子子能级的的跃迁和和特征XX射线的的形成机机制。对对原子核核的组成成及其稳稳定性、原原子核的的大小、原原子核
5、的的结构能能作了较较为深入入的讨论论。并对对质能联联系定律律，即爱爱因斯埋埋关系式式作了必必要的论论述。l 第二节讲讲解了原原子核的的放射性性，重点点放在放放射性核核素的指指数衰变变规律的的论述，对对常用的的衰变常常数、半半衰期和和平均寿寿命的概概念作了了说明。对对放射性性活度的的概念及及其单位位的定义义进行了了讨论，并并对指数数衰变规规律的最最基本应应用实例例作了解解严。l 第三节对对最常用用的辐射射如射线、射线、XX射线和和射线及及中子作作了介绍绍，重点点放在它它们与物物质的相相互作用用。对探探测原理理上作了了介绍，这这对全面面理解核核安全是是十分重重要的。l 第四节对对核反应应的分类类进
6、行了了讨论，论论述核反反应中反反应道、核核反应能能及阈能能、核反反应的截截面和产产额等最最基本的的概念。为为此，应应用了质质心坐标标系和实实验室坐坐标系统统的概念念。l 第五节介介绍了核核裂变反反应的知知识，讲讲解了自自发裂变变和诱发发裂变的的物理机机制，重重点放在在后者。裂裂变过程程是当前前核能利利用的最最重要的的途径，也也是当前前形成核核安全问问题的主主要来源源，因此此，对核核裂变的的产物，对对废物的的处理都都需要给给予特殊殊的关注注。引言l 18955年发现现X射线线、18896年年发现放放射性、118977年发现现电子，这这三大发发明揭开开了近代代物理的的序幕，物物质结构构的研究究开始
7、进进入微观观领域。l 其中，118966年法国国科学家家贝克勒勒尔发现现天然放放射性射射线，成成为人类类第一次次观察到到核变化化的情况况，通常常人们把把这一重重大发现现看成是是原子核核物理的的开端，到到20世世纪500年代就就逐步形形成了研研究物质质结构的的三个分分支学科科，即原原子物理理、原子子核物理理和粒子子物理。三三者各有有独立的的研究领领域和对对象，但但又紧密密关联。原子和原原子核的的基本性性质l 世界万物物是由原原子、分分子构成成，每一一种原子子对应一一种化学学元素。l 到目前为为止，包包括人工工制造的的不稳定定元素，人人们已经经知道了了一百多多种元素素了。l 19111年卢瑟瑟福根
8、据据粒子的的散射实实验提出出了原子子的核式式模型假假设，即即原子是是由原子子核和核核外电子子所组成成；l 原子物理理学（核核外电子子的运动动构成了了原子物物理的主主要内容容）l 原子核物物理学（主主要研究究对象为为原子核核）l 电子是由由英国科科学家汤汤姆逊于于18997年发发现的，也也是人类类发现的的第一个个微观粒粒子。l 电子带负负电荷，电电子电荷荷的值为为e=11.60021777333E-119C，且且电荷是是量子化化的，即即任何电电荷只是是e的整整数倍；电子的的质量为为me=9.1109338977E-331kgg；l 原子核带带正电荷荷，原子子核的电电荷集中中了原子子的全部部正电荷
9、荷；l 原子的大大小是由由核外运运动的电电子所占占的空间间范围来来表征的的，原子子可以设设想为电电子以原原子核为为中心的的，在距距核非常常远的若若干轨道道上运行行；原子子的大小小半径为为10EE-8ccm的量量级；l 原子核的的质量远远远超过过核外电电子的总总质量，因因此，原原子的质质量中心心和原子子核的质质量中心心非常接接近；l 原子核的的线度只只有几十十飞米（11fm=10EE-3mm=100E-115cmm），而而密度高高达100E8tt/cmm3。l 物质的许许多化学学及物理理性质、光光谱特性性基本上上只与核核外电子子有关；而放射射现象则则主要归归因于原原子核。一 原子子的壳层层结构l
10、 原子核核核外电子子又常称称为轨道道电子，把把电子看看成沿一一定的轨轨道运行行。电子子在核外外各轨道道呈一定定的概率率分布，但但在一定定的轨道道上的概概率分布布上的概概率分布布较大而而已。l 原子的轨轨道电子子离核的的距离是是不能任任意取值值的，这这也是微微观世界界的量子子特性的的一种表表现。电电子轨道道按照一一定的规规律形成成彼此分分离的壳壳层。KK层、LL层、MM层、NN层、OO层等，通通常用量量子数nn（n=1，22，3，）代表壳层，并分别对应K层、L层、M层，每个壳层最多可容纳2n2个电子。l 除了K层层外，其其它壳层层又可分分成若干干的支壳壳层，支支壳层的的数目等等于（22l+11）
11、个，其其中l=n-11，l是是描述电电子轨道道的量子子数。通通常用壳壳层符号号及其右右下标的的罗马数数字来表表示支壳壳层。如如L表示LL壳层的的第一个个支壳层层，可称称为壳层层L和M壳层。l 处于不同同壳层的的电子具具有不同同的位能能，通常常用能级级图来表表示其大大小。离离壳层越越近其能能级越低低。l 能级的能能量大小小就等于于该壳层层的结合合能。能能合能是是负值，通通常以KKeV为为单位，KK壳层电电子的结结合能的的绝对值值最大。l 用三个最最子数nn、l和和j来描描述不同同的能级级，其中中n（=1、22、3、）和l（=0，1，2，）是与电子轨道运动相关的量子数，而j是与电子的自旋运动相关的
12、量子数，j与l的关系是j为l1/2。量子数nlj的不同组合区别不同的支壳层。每个支壳层最多可容纳2j+1个电子。l 在正常状状态下，电电子先充充满较低低的能级级，但当当原子受受到内在在原因或或外来因因素作用用时，外外在低能能级的电电子有可可能被激激发到较较高的能能级上（称称为激发发过程）；或电子子被电离离到原子子的壳层层之外（称称为电离离过程）。l 在上述情情况下，在在原来的的低能级级上会留留下一个个空位，更更高能级级上的电电子就跃跃迁到这这个空位位，相应应放出此此两能级级之差的的能量，一一般这部部分能量量主要以以电磁辐辐射的形形式释放放一个光光子。当当发生内内层电子子跃迁（如如K层出出现一个
13、个空位，LL层电子子跃迁到到K层），此此时光子子能量较较高或者者说其电电磁辐射射的频率率较高），而而且不同同元素的的原子均均有不同同、特定定的能量量，所以以又通常常称作特特征X射射线。l 特征X射射线的能能量（或或相应波波长）满满足下面面公式：Ex=hc/=E11-E22(h为为普朗克克常数值值为6.626607555E-34JJsl 特征X射射线根据据其产生生的情况况可以分分为K系系、L系系、M系系特征XX射线，每每系都含含有若干干能量不不同的XX射线。KK系特征征X射线线是由KK壳层之之外壳层层的电子子跃迁到到K壳层层空位时时发射的的特征XX射线。l 并不是所所有较高高的能级级的电子子都可
14、以以向较低低的能级级跃迁，而而需要满满足一定定的选择择定则。二 原子子核的组组成及其其稳定性性l 18977年居里里夫妇发发现放射射性元素素钋和镭镭；l 19033年卢瑟瑟福证实实了放射是是正电荷荷的氦原原子核，射线是电子；1911年进而提出原子的核式模型；l 19322年查德德威克发发现中子子，海森森堡立刻刻提出原原子核是是由质子子和中子子组成的的假设。1 原子子核的组组成及其其表示l 中子和质质子的质质量相关关很小，它它们的质质量分别别为mnn=1.0088664492uu；mpp=1.0077276646uu；l 这里u为为原子质质量单位位，19960年年国际上上规定把把C-112原子子
15、质量的的1/112定义义为原子子质量单单位，用用u表示示，1uu=1.660054002E-27kkg=9931.49440133MeVV/c22；l 中子为中中性粒子子，质子子为带有有单位正正电荷的的粒子。任任何一个个原子核核都可由由符号右右下标NN表示核核内中子子数，左左下标ZZ表示质质子数或或称电荷荷数，左左上标AA（A=N+ZZ）为核核内的核核子数，又又称为质质量数。核核素符号号X与质质子数ZZ具有唯唯一、确确定的关关系。l 可简写为为AX，它它已足以以代表一一个特定定的核素素，只要要元素符符号X相相同，不不同质量量数的元元素在周周期表中中的位置置上相同同，质子子数也相相同，它它们具有有相同的的化学性性质；l 核素（nnucllidee）：在在其核内内具有一一定数目目的中子子和质子子以及特特定能态态的一种种原子核核或原子子；l 同位素（iisottopees）：具有相相同原子子序数但但质量数数不同的的核素称称为某元元素的同同位素；它们具具有基本本相同的的化学性性质；l 同位素丰丰度：某某元素中中各同位位素天然然含量的的原子数数百分比比；l 同质异能能素（iisommerss）：寿寿命较长长的激发发态原子子核称为为基态原原子核的的同质异异能素或或同核异异能素，它它们的AA和Z均均相同，只只是能量量状态不不同，一一般在元元素符号号的左上上角质量量数
